Как сделать датчик изгиба
Самодельный датчик изгиба (тензорезистор)
В 2009 году автор принимал участие в проекте по разработке специальных сенсорных перчаток для оцифровки жестов оператора сурдоперевода. Для проекта понадобились датчики изгиба (тензорезисторы) в количестве 10 штук, цена которых значительно превосходило финансовые возможности автора на тот момент.
Перерыв Интернеты тематические сайты, автор обнаружил несколько инструкций по самостоятельному изготовлению так необходимых ему датчиков. В то же время, автор столкнулся с некоторыми проблемами, в основном касательно доступа к компонентам конструкции. Во всех найденных инструкциях предусматривалось использования неопрена, либо, на худой конец, токопроводящей нити или токопроводящей материи. Стоимость доставки делала заказ перечисленных выше материалов неоправданно дорогим, и существенно превышала их стоимость.
Однако, автор решил поэкспериментировать с рядом материалов, в том числе копиркой и материалом, из которого изготавливаются антистатические упаковочные пакеты для электроники.
Наконец, по прошествии двух недель, позитивные результаты были достигнуты, а созданные тогда датчики продолжают работать и по сегодняшний день.
По мнению автора, если ваш рабочий бюджет ограничен как у него, либо вы ограничены в получении необходимых материалов и элементов конструкции, эта инструкция по изготовлению самодельных датчиков изгиба как раз для вас.
Материалы и инструменты:
Необходимые материалы и инструменты
Материалы:
Инструменты:
Подготовка
По мнению автора, подготовительная часть занимает больше всего времени, поэтому ниже приводим несколько советов для сокращения этого этапа.
Подготовка антистатических пакетов:
Соль нашего датчика — антистатический пакет
Пакеты с известными размерами (в нашем случае – 10х15 Сантиметров) весьма удобны для изготовления равных кусков с точными размерами (длина и ширина пакета нам уже известна). Примите во внимание, что вам необходимо удалить (отрезать скальпелем) обе кромки пакета по длинным (15 сантиметровым) сторонам, в то же время оставив нижнюю кромку. В последующем, это поможет вырезать ДВА одинаковых куска пакета, разрезая обе его стороны одним движением.
Совет! Для вырезания равных по площади отрезков антистатического пакета автор настоятельно рекомендует использовать распечатанный и наклеенный на картон шаблон необходимого размера. Действия: вырезать два куска пленки размером 0,8х15 Сантиметров и один кусок размером 1,7х15 сантиметров.
Важно! Если вы:
начинайте всё с начала.
Подготовка проволочных перемычек
Проводники
Не знаю как кто, но автор считает их просто превосходными. В нашем проекте вам предстоит разделить их на две равные части по 10 сантиметров. После этого, отмерьте 5 сантиметров каждого проводника от отрезанного края и зачистьте изоляцию. Из очищенной части провода сформируйте петлю и легким скручивание зафиксируйте ее возле начала изолированной части провода. У вас чудесная петля. Теперь повторите для всех кусков провода. Внимание! Ни в коем случае не спаивайте провода! Впоследствии это может привести к нелинейному искажению резистивности вашего датчика. Отставьте проводники в «природном» виде.
Подготовка изоленты
Сборка конструкции). Медленно на верно
Сборка датчика
Возьмите полоску узкой (1,1 Сантиметр) изоленты, и поместите ее на стол липкой частью вверх. Точно по середине изоленты разместите полоску (размер 0,8х15 сантиметров), вырезанную из антистатического пакета. Удостоверьтесь, что вокруг полоски антистатического материала остались бортики липкой части изоленты. Тщательно разгладьте полоску из пакета на изоленте.
Важно! Все надписи на антистатической полосе должны быть обращены к липкой части изоленты! Полоса из пакета должна смотреть внутренней частью вверх!
Теперь, поместите провод петлей на полосу из антистатического материала таким образом, чтобы изолированная часть провода примерно на 0.5 Сантиметра заходила на нее. Повторите описанные выше операции с другой полосой изоленты. После этого, сложите вдвое вдоль больший кусок пленки размером 1,7х15 Сантиметров.
Важно! Все надписи на полосе должны быть обращены внутрь сгиба!
Поместите сложенную вдвое полосу антистатического материала между двумя полосками узкой изоленты и аккуратно склейте получившийся «сэндвич». Следите за тем, чтобы ни одна деталь не выступала за края антистатической подложки и не выступала на клейкую часть изоленты.
Нам нужно усиление!
Усиление датчика
Наш датчик готов и вполне может использоваться в ваших проектах. В то же время, он еще слишком хрупок и практически лишен возможности возвращаться в состояние покоя. Именно для усиления датчика нам понадобятся широкая изолента и кабельные стяжки. Кроме того, стяжки будут играть роль пружины для возвращения датчику его первоначальной формы, то есть, в состояние покоя ну или логического нуля.
Все готово! Развлекайтесь!
Тот самый делитель
Для подключения вашего датчика к микроконтроллеру вам необходимо собрать схему простого делителя напряжения. Номиналы деталей делителя приведены на его принципиальной схеме.
Помните! У микроконтроллеров семейства Arduino выходное напряжение составляет 5 Вольт, так что автор предлагает вам собрать схему, которая расположена справа.
О том, где могут описанные в статье датчики, мы поговорим в следующий раз.
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Arduino и датчик изгиба
В некоторых случаях электронной системе требуются данные о степени изгиба той или иной механической части устройства. Например, это может быть нога или рука робота. Также помимо робототехники такая задача актуальна в автомобилестроении, медицине, приборах виртуальной реальности и т.п.
Для получения информации о механическом изгибе применяют специальные датчики в виде тонкой длинной резистивной полоски. Такой датчик меняет свое сопротивление в зависимости от величины изгиба. То есть он преобразует изменение механической структуры в электрическое сопротивление, при этом чем больше изгиб, тем больше значение сопротивления. Датчики изгиба или Flex-датчики довольно дешевы и просты в применении, поэтому их без проблем можно использовать в проектах с Arduino.
Запатентованная технология Flex-датчика основана на резистивных углеродных элементах. Благодаря тому, что это переменный печатный резистор, его можно сделать довольно длинным на тонкой гибкой подложке. Когда подложка согнута, на выходе датчика присутствует некоторое сопротивление, соответствующее с радиусу изгиба. Иными словами, гибкие датчики являются аналоговыми резисторами, которые работают в составе переменных аналоговых делителей напряжения. Обычно в конфигурации делителя напряжения и используется гибкий датчик, как это показано ниже.
Перед работой с датчиком следует учесть один момент. Хотя активная часть датчика (область между черными квадратами) достаточно прочная, ее выводы подвержена излому. Рекомендуется усилить или закрепить эту область (например, зажать или склеить датчик на черном квадрате, расположенном ближе к контактам), чтобы убедиться, что она не сгибается вместе с остальной частью датчика.
Для считывания данных с датчика подойдет обычная функция analogRead(). В данном проекте используются красный, зеленый и синий светодиоды, которые подключены к выводам Arduino под номерами 4, 3 и 2 соответственно. Они позволяют индицировать три уровня изгиба датчика. При отсутствии изгиба датчика светится только синий светодиод, тогда как небольшой изгиб зажигает зеленый светодиод. При большой степени изгиба загорается красный светодиод, а остальные два светодиода гаснут. Вывод с делителя напряжения подключается к линии A1 платы Arduino. Вся схема подключения показана на рисунке ниже.
Далее приведен код (скетч) для работы Arduino с датчиком изгиба.
Перчатка — устройства ввода. Датчик изгиба
Предисловие
В данной статье рассмотрим как сделать руку-клавиатуру, а также самодельный датчик изгиба (сгибания). На одной руке, как правило, 5 пальцев — это дает сделать 32 (2^5) комбинации. Но на русский язык не потянет (33-32 символа), а вот на английский язык как раз, ещё и останется место для space/backspace/enter и т.д.
Немного идей: если подумать, то это интересный джойстик; если присоединить вторую руку, то это 1024 комбинации, а это возможно музыкальный инструмент; внедрить гироскоп/акселерометр и улучшить до мышки.
Подготовка
Датчик изгиба
Прежде чем открывать IDE нужно собрать хотя бы один датчик изгиба и удостовериться в его работоспособности. Почему бы его не купить? Так как его в своем городе не нашел, а в Китае стоит 20$/штука, кроме того максимум я находил длиной в 8 сантиметров, выигрывают они только формой (тонкие).
До этого с фоторезисторами не имел дела, поэтому для начала просто посмотрел на принцип работы, подобрал сопротивление, оценил диапазон, а также выявил что из 10 купленных 1 не работал, не зря проверял.
После собраться собственно сам датчик. На рисунке изображена схема датчика, я думаю понятно что необходимо сделать.
Советую постараться найти фоторезисторы именно 3 мм., так как иначе вставить их в трубку очень проблематично. Вот что получилось:
Проводов таких тонких у меня не было, а оптоволокно завезли уже… В общем телефонный провод как раз.
Теперь можно натянуть термоусадку и убедится в работе.
Проверить работоспособность можно таким кодом:
Выводиться должно значение от 0 до 1024, у меня вышло так:
Скетч и код на ПК
Будет две программы: скетч на плату и программа на ПК. Так как готов только один датчик, а уже очень хочется узнать реально ли эмулировать клавиатуру через Arduino, то включим пк. А пока “заменим” датчики изгиба на кнопки:
Программа на ПК
Что нам надо? Получить данные с блютуз модуля, соотнести с нужным символом, задействовать клавишу в нужное окно. Код по ссылке.
Зачем массив если можно было пустить по порядку все символы? Да, можно было, так и было на какой-то стадии, но некоторые комбинации для пальцев легче чем другие, а так же есть определенная частота использование тех или иных букв в алфавите:
Может показаться что уже за нас всё сделано, но не тут то было, сколько я не гуглил “сложность комбинаций пальцами рук” и тд, ничего годного не нашел. Пришлось самостоятельно и субъективно оценивать сложность комбинаций, для каждого советую эту таблицу заполнить самостоятельно и переписать массив. Кратко: самая легкая комбинация — самая частая буква.
Скетч на Arduino
Для начала: разницы между кодом для кнопочной версии и версии с датчиками практически нету, за исключением пару строк для считывания данных. Способов считать данные много есть, но самый хороший алгоритм мне показался такой:
Как считается полученное число с датчиков? Обычным переводом с двоичной системы в десятичную, каждый последующий сигнал + 2n.
Зачем такой механизм? Мы не можем одновременно нажать на необходимые кнопки, либо, что еще сложнее, согнуть нужные пальцы в одно мгновение, поэтому нам нужно не отправлять сразу данные, а ждать “последняя ли это комбинация?”, поймём мы это с помощью изначальной комбинации( 00000 ), это будет как “стопбит”, после которого программа будет понимать, что следует направить число, если там конечно же лежит не сам “стопбит”.
Зачем нужно сравнивать sendValue и новый сигнал? После того как человек загнул, например, 01011 и начинает разгибать пальцы для исходной комбинации (00000 ), то он уже сделает другую комбинацию, так как пальцы мы разжимаем тоже не мгновенно, после того как пользователь разожмет любой из пальцев комбинация сразу станет по числовому значение меньше, чем была в “пик”, именно по-этому запоминает ”наибольшую” комбинацию.
Константы представленные на скрине (600, 350, 300, 300, 480) были подобраны практическим путем, каждый датчик в отдельности выводил, загибал палец до комфортного “изгиба” и записывал текущее значение.
Сборка устройства
Общая схема представлена на рисунке ниже. На самом деле самое сложно, как оказалось, это учитывать размеры, некоторые провода свободно висят и мешают, а другие натягиваются и иногда рвуться. Кроме того датчики вышли больше чем надо для пальцев, эдак взял с запасом ) И собственно сама перчатка, я взял строительную, что не совсем привлекательно. Также если клеить непосредственно сразу на перчатку, то при сгибание датчики будут уходить в бок, поэтому решено было посадить их на липучки и в случае чего их можно снять.
Вторая версия
После того как собрал “устройство” было решено сделать “всё по новой”, несколько улучшений:
Схема не сильно изменилась:
Несколько фото новой версии:
Результат
Рука-клавиатура не новый проект, но сделать самому и редактировать как душе угодно намного приятнее готового, тем более мы получаем не только клавиатуру, а универсальное устройства, которое можно связать и с телефоном, и с другими устройствами (управлять, например, “механической рукой”). Также на заметку кому-нибудь такие датчики, вдруг пригодятся )
Стоимость
Резисторы 1кОм(5х) + Светодиоды(5х)
Shield Arduino Nano
Термоусадка, капельница, липучки, перчатка, клей
УРОК 9. ARDUINO И FLEX SENSOR
УРОК 9. ARDUINO И FLEX SENSOR
«Flex Sensor» или по-русски «Датчик Изгиба».
В этом опыте, мы будем использовать Flex Sensor (Датчик изгиба)! В его конструкции используется уголь нанесенный на пластиковую полоску, также как у переменного резистора у него изменяется сопротивление, но вместо поворота ручки, вам достаточно его немного изогнуть, тем самым изменяя сопротивление. Для обнаружения изменения сопротивления, на входе ардуино мы снова, как в предыдущих опытах, используем «делитель напряжения». Наклоняя Датчик в одном направлении он изгибается, и чем больше он изгибается, тем выше становится его сопротивление. Приблизительный интервал изменений сопротивлений от 10 кОм до 35 ком. В этой схеме мы будем использовать «Датчик Изгиба» для контроля положения сервопривода. Приступим:
Когда вы дойдете до этого опыта, не расстраивайтесь если у вас нет такого датчика, его можно попробовать заменить фоторезистором, и немного подправить код скетча. Для этого вам необходимо внимательно ознакомиться с кодом.
Перед вами принципиальная схема к уроку 9, во время сборки ошибиться трудно, но можно.. Внимательнее относитесь к подключению сервопривода, в остальном сложностей быть не должно.
Принципиальная схема к уроку №9. Arduino и Датчик Изгиба (Flex Sensor)
Для этого опыта вам понадобится:
1. Arduino UNO — 1 шт.
2. Сервопривод — 1 шт.
3. Датчик Изгиба — 1 шт.
4. Резистор 10 кОм — 1 шт..
5. Соединительные провода.
7. При отсутствии Флекс Сенсора — Фоторезистор
Далее идет схема электрических соединений для этого опыта.
Вид схемы электрических соединений к уроку 9. Гибкий Датчик и Arduino
Скачать код к опыту 9. Скетч и подробное описание (Обязательно прочтите весь скетч! Он подробно описан в «Код программы к уроку 9»)
Набор для экспериментов MaxKit 01.
Код программы, на русском языке для опыта №9 можно скачать здесь: lesson_09
Вид созданного урока на макетной плате. Примерно так у вас должно получиться:
Arduino и Датчик Изгиба. Урок №9. Проект собранный на макетной плате.
Тоже самое, но уже вместо Датчика Изгиба установлен фоторезистор:
Arduino и Датчик Изгиба. Урок №9. Проект. Замена Датчика Изгиба фоторезистором.
А если не работает?
Всем удачи! Ждём от вас комментарии и фотоотчеты о ваших опытах. ARDUINO УРОК 9. ДАТЧИК ИЗГИБА.
Резистор изгиба своими руками
Наверняка те, кто увлекается электроникой и программированием микроконтроллеров слышали о датчике изгиба, который меняет свое сопротивление в зависимости от степени его изгиба. Сегодня я расскажу о том, как можно изготовить такой датчик (резистор) изгиба своими руками.
Когда мне понадобился такой датчик, то первым делом я зашел и нашел его на Амперке. Но цена, 890 рублей за штуку (за датчик длинной 95мм именно такая цена), меня не устроила и тогда в голову пришла отличная идея создания датчика, который не будет сильно отличаться по принципу действия от покупного, но обойдется мне гораздо дешевле. Принцип его работы основан на фоторезисторе и светодиоде. Свет от светодиода будет поступать на фоторезистор по силиконовой трубке, а при ее изгибе свет будет падать в меньшем количестве, а значит и сопротивление будет меняться на выходе у фоторезистора. С помощью таких датчиков можно создавать свои интересные проекты. Например, с помощью 5 таких датчиков, мне не составило особого труда сделать свою «сенсорную перчатку».
Требуемые материалы и их примерная стоимость
Для изготовления такого датчика нам понадобится:
Расходные материалы обойдутся вам около 30 рублей. Цены могут немного меняться в зависимости от магазина, в котором Вы будете покупать комплектующие.
Сборка
Собирается такой датчик очень просто. Для начала нужно отрезать кусок силиконовой трубки нужной вам длинны (датчик работает отлично при длине трубки в диапазоне от 3 до 13см). Затем с одной стороны вставить фоторезистор, а с другой светодиод. Потом трубку, с уже вставленными светодиодом и фоторезистором, обмотать изолентой, желательно черной, либо термоусадкой. После этого нужно к светодиоду припаять токоограничивающий резистор, а к фоторезистору подтягивающий. Подключая его к тому же Arduino, нужно просто подключить фоторезистор и светодиод между 5В и землей (GND), через резисторы, а показания снимать в месте спайки фоторезистора и подтягивающего резистора.
Плюсы и минусы такого датчика
Заключение
Для тех, кому нужно/интересно будет посмотреть мое видео по сборке этого датчика — специально записал видео:
И вот ссылка на скетч для Arduino IDE с примером подключения датчика к Arduino UNO, залитого на Google Диск.